【正文】 生控制指令。：控制裝置 傳感裝置 存儲器 數(shù)字和模擬量輸入輸出 小臂升降驅(qū)動器 腕部回轉(zhuǎn)驅(qū)動器 大臂回轉(zhuǎn)驅(qū)動器 小臂回轉(zhuǎn)驅(qū)動器 機(jī)械手控制系統(tǒng)基本組成 各組成部分的設(shè)計(jì) 選型理由（1）控制裝置的選擇控制系統(tǒng)的控制方式為開環(huán)控制，控制裝置要求控制精度高，可以實(shí)現(xiàn)插補(bǔ)運(yùn)算，運(yùn)動軌跡控制準(zhǔn)確。 2）基于PLC的可編程序控制器。 4）基于PC總線的以DSP和FPGA作為處理器的開放式運(yùn)動控制器。 經(jīng)過分析比較，PC機(jī)加插卡式運(yùn)動控制器可以滿足要求，故可行。其具有多軸直線插補(bǔ)，圓弧插補(bǔ)，螺旋線插補(bǔ)等功能。機(jī)械手的手部接觸到物料時，需要用到觸覺傳感器，為了避免運(yùn)動幅度過大，并且需要位置控制，就要用到位移傳感器。 設(shè)計(jì)結(jié)果 控制裝置選擇PC機(jī)加插卡式運(yùn)動控制器，運(yùn)動控制器的型號為GE—300—SV—PCI，傳感器選擇觸覺傳感器和位移傳感器，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的型號為YKA2404MA。示教再現(xiàn)功能是指控制系統(tǒng)通過示教盒進(jìn)行示教，將運(yùn)動速度、運(yùn)動位置、動作順序等信息預(yù)先教給機(jī)械手，將這些操作過程存儲在機(jī)械手的記憶裝置中，當(dāng)需要重復(fù)操作時，就將動作信息從機(jī)械手的存儲器中調(diào)出來，重放存儲器中的內(nèi)容即可。機(jī)械手關(guān)節(jié)運(yùn)動控制分為兩步進(jìn)行，第一步是關(guān)節(jié)運(yùn)動伺服指令的生成，這一步可以離線完成，就是將機(jī)械手在空間的位置和運(yùn)動轉(zhuǎn)化為由關(guān)節(jié)變量表示的時間序列隨時間變化的函數(shù)。系統(tǒng)的初始復(fù)位既包括軟件復(fù)位又包括硬件復(fù)位，軟件復(fù)位是指機(jī)械手系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置恢復(fù)到初始狀態(tài)，硬件復(fù)位是指機(jī)械手的各個關(guān)節(jié)處于回位狀態(tài)[15]。 （3）畫出了機(jī)械手的電路圖和程序流程圖。參 考 文 獻(xiàn)[1] 李允文. 工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)[M]. 廣東: 機(jī)械工業(yè)出版社, :1113.[2] 方建軍, 何廣平等. 智能機(jī)器人[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, :5658.[3] 劉國棟. 我國的機(jī)器人研究和發(fā)展[J]. 江南學(xué)院學(xué)報, 2001(4):3538.[4] 孫桓, 陳作模, 葛文杰等. 機(jī)械原理[M]. 北京: 高等教育出版社, :4550. [5] 成大先, 王德夫, 姜勇等. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, :450455.[6] 濮良貴, 紀(jì)名剛. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京: 高等教育出版社, :3638.[7] 劉鴻文. 材料力學(xué)[M], 第4版. 北京: 高等教育出版社, :5760.[8] 蔡衛(wèi)國. 關(guān)節(jié)型搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)[J]. 濰坊學(xué)院學(xué)報, 2008(6):6364.[9] 羅庚合, 蔡霞. 搬運(yùn)機(jī)械手的PLC控制[J]. 西安航空技術(shù)高等專科學(xué)校學(xué)報, 2002(1):79.[10] 羅庚興, 歐陽錫暢. 基于PLC 的氣動安裝搬運(yùn)機(jī)械手設(shè)計(jì)[J]. 機(jī)電工程技術(shù), 2010(7):3335.[11] 董景新, 趙長德, 熊沈蜀等. 控制工程基礎(chǔ)[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社, :7780.[12] 固高科技有限公司. 運(yùn)動控制器[M]. 自動化裝備控制系統(tǒng)解決方案, 2010.[13] 郭洪紅. 工業(yè)機(jī)器人運(yùn)用技術(shù)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, :6669.[14] P. Chand, M. Shazil, E. Kumar. TOWARDS A LOWCOST AUTONOMOUS OBJECT MANIPULATION DEVICE [J]. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 2009(4), 6166.[15] , Wahyudi. Dynamic Modelling and Adaptive Traction Control for Mobile Robots [J]. International Journal of Advanced Robotic Systems, 2004(1),149154.28 。該機(jī)械手的設(shè)計(jì)基本滿足了所需要求，維護(hù)方便，操作簡單，可以實(shí)現(xiàn)自動化。機(jī)械手程序設(shè)計(jì)流程如圖5所示： 通電，傳入程序各關(guān)節(jié)復(fù)位？到達(dá)指定位置？是否吸附？上升到指定位置？ 是否松開旋轉(zhuǎn)到指定位置？下降到指定位置？旋轉(zhuǎn)到指定位置？ 手部下降各關(guān)節(jié)復(fù)位 腕部旋轉(zhuǎn) 臂部旋轉(zhuǎn) 手部上升 手部下降 吸盤松開 吸盤吸附 運(yùn)行結(jié)束NNNNNNNNYYYYYYYY 圖5 程序設(shè)計(jì)流程圖6 結(jié) 論本文設(shè)計(jì)了一種袋裝料碼垛機(jī)械手，分析了機(jī)械手各個關(guān)節(jié)的運(yùn)動狀態(tài)，針對機(jī)械手的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)硬件、軟件進(jìn)行了研究，目前本設(shè)計(jì)完成了以下工作： （1）分析了機(jī)械手手部、腕部、大臂及小臂的運(yùn)動形式，并對其主要部件進(jìn)行了選取和設(shè)計(jì)計(jì)算，完成了機(jī)械手裝配圖和主要零件圖。運(yùn)動控制包括：初始位置、各關(guān)節(jié)的運(yùn)動速度及加減速度、每個軸的位置、緊急停止和減速停止等[14]。運(yùn)動控制功能是指當(dāng)機(jī)械手末端操作器從一個地方移動到另一個地方的過程中，對其速度、加速度、位姿等項(xiàng)的控制?？刂栖浖梢杂萌魏握Z言來編制。 ，可以實(shí)現(xiàn)過熱保護(hù)和過流、電壓過低保護(hù)。此型號可以滿足性能要求，故可行。固高運(yùn)動控制器是在以高速數(shù)字信號處理器DSP為代表的高性能高速微處理器及大規(guī)模可編程邏輯器件FPGA的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，基于PC的開放式運(yùn)動控制器已成為當(dāng)今自動化領(lǐng)域功能最強(qiáng)、應(yīng)用最廣的運(yùn)動控制器[12]?？梢蕴峁┒噍S協(xié)調(diào)運(yùn)動控制與復(fù)雜的運(yùn)動軌跡規(guī)劃，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時的插補(bǔ)運(yùn)算。 3）以專用芯片(ASIC)作為處理器的運(yùn)動控制器。這類運(yùn)動控制器成本相對較低，具有體積小、功耗低、使用靈活、性能好、易于產(chǎn)品化等優(yōu)點(diǎn)，但是它的速度較慢，精度不高。為了更好的柔順控制機(jī)械手，自動檢測控制信息，需要有傳感裝置，要輸入或輸出各種狀態(tài)和控制命令，需要有數(shù)字和模擬量輸入輸出。機(jī)械手的控制系統(tǒng)要求控制速度快，控制精度高，運(yùn)動軌跡控制準(zhǔn)確，能提供多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動控制與復(fù)雜的運(yùn)動軌跡規(guī)劃、實(shí)時的插補(bǔ)運(yùn)算。（5）鍵的選擇與校核類似于大臂鍵的設(shè)計(jì)與校核，平鍵截面，鍵的長度選為20mm。 同步帶傳動速度為 （） 帶輪滿足要求。 代入數(shù)據(jù)得： 附加摩擦力矩： （） 式中：—預(yù)加載荷； —。代入數(shù)據(jù)得： 5）穩(wěn)定性校核： 滾珠絲杠兩端圓錐滾子軸承，既可以承受軸向力，又可以承受徑向力，不會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，不需要做穩(wěn)定性校核。 設(shè)計(jì)計(jì)算（1）滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型1) 計(jì)算進(jìn)給牽引力，選擇圓導(dǎo)軌。 機(jī)械手小臂的設(shè)計(jì)機(jī)械手小臂要實(shí)現(xiàn)的功能是帶動腕部和手部實(shí)現(xiàn)升降運(yùn)動，同時要配合大臂實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。 —鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的需用擠壓應(yīng)力。 代入數(shù)據(jù)得： （） 根據(jù)條件，選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表查得=60。 （2）軸的設(shè)計(jì)與校核 估算軸的長度為478mm。初選圓錐滾子軸承，圓錐滾子軸承可以同時承受徑向載荷及軸向載荷，以徑向載荷為主。 機(jī)械手大臂的設(shè)計(jì)機(jī)械手的大臂需要實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)功能，大臂帶動小臂、腕部、手部整體旋轉(zhuǎn)，因此大臂的承載能力比較大，設(shè)計(jì)大臂時，要選用剛度較好的材料以提